JP2003107419A - スピンカイラリティを用いた磁気光学素子 - Google Patents
スピンカイラリティを用いた磁気光学素子Info
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/0009—Materials therefor
- G02F1/0036—Magneto-optical materials
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気光学材料のサイズが格子サイズ、すなわ
ち数Åのサイズであっても磁気光学効果が検出可能な磁
気光学素子を提供し、また、この磁気光学素子を用いた
数テラビット／（インチ）2 以上の光磁気ディスク、メ
モリ素子及び磁気光学画像表示装置を提供する。 【解決手段】 スピン配置と結晶構造との幾何学的配置
によって形成されるスピンカイラリティに基づいた巨大
な実効的磁場を利用する磁気光学素子であり、スピンカ
イラリティを有する固体材料として、パイロクロア型酸
化物で化学組成式がＡ2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、Ａは希土類
元素、Ｂは遷移金属）であらわされる化合物、また、パ
イロクロア型酸化物で化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）2 Ｂ
2 Ｏ7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土類金
属元素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされる化
合物等が使用可能である。
ち数Åのサイズであっても磁気光学効果が検出可能な磁
気光学素子を提供し、また、この磁気光学素子を用いた
数テラビット／（インチ）2 以上の光磁気ディスク、メ
モリ素子及び磁気光学画像表示装置を提供する。 【解決手段】 スピン配置と結晶構造との幾何学的配置
によって形成されるスピンカイラリティに基づいた巨大
な実効的磁場を利用する磁気光学素子であり、スピンカ
イラリティを有する固体材料として、パイロクロア型酸
化物で化学組成式がＡ2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、Ａは希土類
元素、Ｂは遷移金属）であらわされる化合物、また、パ
イロクロア型酸化物で化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）2 Ｂ
2 Ｏ7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土類金
属元素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされる化
合物等が使用可能である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気光学素子に係
り、従来にない巨大な磁気光学効果を有してＳＮ比の高
い信号をとりだすことを可能にする磁気光学素子に関す
る。
り、従来にない巨大な磁気光学効果を有してＳＮ比の高
い信号をとりだすことを可能にする磁気光学素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】情報産業の発達に伴い、情報記憶装置の
記憶容量増大の要求は留まるところを知らない。例え
ば、画像の記憶などは膨大なメモリ容量を必要とする
が、将来の情報産業においては、現状よりもさらに、高
精細な画像記憶、膨大な数の画像記憶、長時間動画像記
憶等が必要になる。大容量の情報記憶装置には、磁気光
学効果（ファラデー効果ないしは磁気光学カー効果）を
利用して情報の書き込み・再生を行う磁気記憶装置があ
り、記憶容量が大きいことから将来も主流になると予測
されている。このような磁気記憶装置において、将来の
記憶容量増大の要求を実現するためには、情報の記憶単
位、すなわちメモリ素子サイズの微小化が必要不可欠で
ある。例えば、２００１年には１００Ｇビット／（イン
チ）2 を実現するためにメモリ素子の磁性材料サイズは
３０ｎｍ（３００Å）が必要であると予測され、また、
２００７年には１０００Ｇビット／（インチ）2 を実現
するためにメモリ素子の磁性材料サイズは１０ｎｍ（１
００Å）が必要になると予測されている。
記憶容量増大の要求は留まるところを知らない。例え
ば、画像の記憶などは膨大なメモリ容量を必要とする
が、将来の情報産業においては、現状よりもさらに、高
精細な画像記憶、膨大な数の画像記憶、長時間動画像記
憶等が必要になる。大容量の情報記憶装置には、磁気光
学効果（ファラデー効果ないしは磁気光学カー効果）を
利用して情報の書き込み・再生を行う磁気記憶装置があ
り、記憶容量が大きいことから将来も主流になると予測
されている。このような磁気記憶装置において、将来の
記憶容量増大の要求を実現するためには、情報の記憶単
位、すなわちメモリ素子サイズの微小化が必要不可欠で
ある。例えば、２００１年には１００Ｇビット／（イン
チ）2 を実現するためにメモリ素子の磁性材料サイズは
３０ｎｍ（３００Å）が必要であると予測され、また、
２００７年には１０００Ｇビット／（インチ）2 を実現
するためにメモリ素子の磁性材料サイズは１０ｎｍ（１
００Å）が必要になると予測されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来より、磁気光学効
果を示す磁性材料は、例えば光磁気ディスクに用いられ
て情報の書き込み・再生を可能としている。情報の記憶
容量を向上させるにはそのメモリ素子サイズを小さくす
る必要があるが、それに伴い読み出し信号が小さくなる
ため、メモリ素子サイズに反比例して磁気光学効果が大
きい磁性材料が必要になる。このための工夫として例え
ば、特開平５−１３５５６９号公報で示されているよう
に、異常ホール効果を利用するメモリ素子が提案されて
いる。異常ホール効果は固体のスピンー軌道相互作用に
基づくものであり、従来に比べれば大きな磁気光学効果
が得られるが、しかしながら、この磁気光学効果を利用
してもメモリ素子サイズは１００Å程度にしかできず、
将来必要とされる数テラビット／（インチ）2 以上のメ
モリを実現するにはなお、磁気光学効果の強度が十分で
はないという課題がある。
果を示す磁性材料は、例えば光磁気ディスクに用いられ
て情報の書き込み・再生を可能としている。情報の記憶
容量を向上させるにはそのメモリ素子サイズを小さくす
る必要があるが、それに伴い読み出し信号が小さくなる
ため、メモリ素子サイズに反比例して磁気光学効果が大
きい磁性材料が必要になる。このための工夫として例え
ば、特開平５−１３５５６９号公報で示されているよう
に、異常ホール効果を利用するメモリ素子が提案されて
いる。異常ホール効果は固体のスピンー軌道相互作用に
基づくものであり、従来に比べれば大きな磁気光学効果
が得られるが、しかしながら、この磁気光学効果を利用
してもメモリ素子サイズは１００Å程度にしかできず、
将来必要とされる数テラビット／（インチ）2 以上のメ
モリを実現するにはなお、磁気光学効果の強度が十分で
はないという課題がある。
【０００４】上記課題に鑑み本発明は、磁気光学材料の
サイズが格子サイズ、すなわち数Åのサイズであっても
磁気光学効果が検出可能な磁気光学素子を提供すること
を第１の目的とする。また、本発明の第２の目的は、上
記磁気光学素子を用いた数テラビット／（インチ）2 以
上の光磁気ディスク、メモリ素子及び磁気光学画像表示
装置を提供することにある。
サイズが格子サイズ、すなわち数Åのサイズであっても
磁気光学効果が検出可能な磁気光学素子を提供すること
を第１の目的とする。また、本発明の第２の目的は、上
記磁気光学素子を用いた数テラビット／（インチ）2 以
上の光磁気ディスク、メモリ素子及び磁気光学画像表示
装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のスピンカイラリ
ティを用いた磁気光学素子は、スピンカイラリティに基
づいた実効的磁場を利用することを特徴とする。また、
スピンカイラリティは、固体材料のスピン配置と結晶構
造との幾何学的配置によって形成されることを特徴とす
る。この構成によれば、フント結合により局在スピンと
結合した伝導電子のトランスファー積分が振幅と位相の
自由度を持ち、位相がベクトルポテンシャル、すなわち
ゲージフラックスを作り出し、ゲージフラックスが巨大
実効磁場を作り出す。ゲージフラックスの作り出す巨大
実効磁場が消去されないスピン配置と結晶構造を有する
固体材料、すなわちスピンカイラリティを有する固体材
料を用いるので、１万テスラに相当する巨大実効的磁場
を形成することができる。従って、素子サイズが、格子
サイズ、すなわち数Åのサイズであっても、記憶素子と
して機能させるのに十分な磁気光学効果が得られる。
ティを用いた磁気光学素子は、スピンカイラリティに基
づいた実効的磁場を利用することを特徴とする。また、
スピンカイラリティは、固体材料のスピン配置と結晶構
造との幾何学的配置によって形成されることを特徴とす
る。この構成によれば、フント結合により局在スピンと
結合した伝導電子のトランスファー積分が振幅と位相の
自由度を持ち、位相がベクトルポテンシャル、すなわち
ゲージフラックスを作り出し、ゲージフラックスが巨大
実効磁場を作り出す。ゲージフラックスの作り出す巨大
実効磁場が消去されないスピン配置と結晶構造を有する
固体材料、すなわちスピンカイラリティを有する固体材
料を用いるので、１万テスラに相当する巨大実効的磁場
を形成することができる。従って、素子サイズが、格子
サイズ、すなわち数Åのサイズであっても、記憶素子と
して機能させるのに十分な磁気光学効果が得られる。
【０００６】本発明において、スピンカイラリティに基
づいて実効的磁場を発生する固体材料は、パイロクロア
型酸化物であり、かつ、化学組成式が、Ａ2 Ｂ2 Ｏ
7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｂは遷移金属）であらわ
されることを特徴とする。また、スピンカイラリティに
基づいて実効的磁場を発生する固体材料は、パイロクロ
ア型酸化物であり、かつ、化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）
2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土
類金属元素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされ
ることを特徴とする。また、スピンカイラリティに基づ
いて実効的磁場を発生する固体材料は、スピネル型結晶
構造を有し、かつ、化学組成式がＡＢ2 Ｘ4 （ただし、
ＡおよびＢは金属元素であり、Ｘは酸素、イオウ、セレ
ンまたはテルル）であらわされることを特徴とする。ま
た、スピンカイラリティに基づいて実効的磁場を発生す
る固体材料は、面心立方型結晶構造を有し、かつ、化学
組成式がＡＢ（ただし、Ａは金属元素であり、Ｂは酸
素、イオウ、セレンまたはテルル）であらわされること
を特徴とする。また、スピンカイラリティに基づいて実
効的磁場を発生する固体材料は、ペロブスカイト型結晶
構造を有し、化学組成式がＡＢＯ3 （ただし、Ａはアル
カリ土類金属元素、または希土類元素、Ｂは遷移金属元
素）であらわされ、かつ、超格子構造を有することを特
徴とする。この構成によれば、これらの固体材料がスピ
ンカイラリティを有するので、１万テスラに相当する巨
大実効的磁場を形成でき、素子サイズが格子サイズ、す
なわち数Åのサイズであっても、記憶素子として機能さ
せるに十分な磁気光学効果が得られる。
づいて実効的磁場を発生する固体材料は、パイロクロア
型酸化物であり、かつ、化学組成式が、Ａ2 Ｂ2 Ｏ
7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｂは遷移金属）であらわ
されることを特徴とする。また、スピンカイラリティに
基づいて実効的磁場を発生する固体材料は、パイロクロ
ア型酸化物であり、かつ、化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）
2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土
類金属元素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされ
ることを特徴とする。また、スピンカイラリティに基づ
いて実効的磁場を発生する固体材料は、スピネル型結晶
構造を有し、かつ、化学組成式がＡＢ2 Ｘ4 （ただし、
ＡおよびＢは金属元素であり、Ｘは酸素、イオウ、セレ
ンまたはテルル）であらわされることを特徴とする。ま
た、スピンカイラリティに基づいて実効的磁場を発生す
る固体材料は、面心立方型結晶構造を有し、かつ、化学
組成式がＡＢ（ただし、Ａは金属元素であり、Ｂは酸
素、イオウ、セレンまたはテルル）であらわされること
を特徴とする。また、スピンカイラリティに基づいて実
効的磁場を発生する固体材料は、ペロブスカイト型結晶
構造を有し、化学組成式がＡＢＯ3 （ただし、Ａはアル
カリ土類金属元素、または希土類元素、Ｂは遷移金属元
素）であらわされ、かつ、超格子構造を有することを特
徴とする。この構成によれば、これらの固体材料がスピ
ンカイラリティを有するので、１万テスラに相当する巨
大実効的磁場を形成でき、素子サイズが格子サイズ、す
なわち数Åのサイズであっても、記憶素子として機能さ
せるに十分な磁気光学効果が得られる。
【０００７】また、本発明の磁気ディスクは、請求項１
〜請求項７のいずれかに記載の磁気光学素子を光磁気デ
イスクの磁気光学素子として用いることを特徴とする。
この構成によれば、数テラビット／（インチ）2 以上の
光磁気ディスクが可能になる。
〜請求項７のいずれかに記載の磁気光学素子を光磁気デ
イスクの磁気光学素子として用いることを特徴とする。
この構成によれば、数テラビット／（インチ）2 以上の
光磁気ディスクが可能になる。
【０００８】また、本発明のメモリ素子は、メモリ素子
を構成する磁性薄膜の磁化情報を、磁性薄膜に電流と磁
場を印加して生ずるホール電圧によって読み出すメモリ
素子において、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の
磁気光学素子を上記磁性薄膜として用いることを特徴と
する。この構成によれば、ＳＣ（スピンカイラリティ）
異常ホール効果に基づく巨大ホール電圧が得られ、数テ
ラビット／（インチ）2 以上のメモリ装置が可能にな
る。
を構成する磁性薄膜の磁化情報を、磁性薄膜に電流と磁
場を印加して生ずるホール電圧によって読み出すメモリ
素子において、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の
磁気光学素子を上記磁性薄膜として用いることを特徴と
する。この構成によれば、ＳＣ（スピンカイラリティ）
異常ホール効果に基づく巨大ホール電圧が得られ、数テ
ラビット／（インチ）2 以上のメモリ装置が可能にな
る。
【０００９】さらに、本発明の画像表示装置は、請求項
１〜請求項７のいずれかに記載の磁気光学素子を画素と
して用いることを特徴とする。この構成によれば、磁気
ヘッド、またはレーザー光によって画像を書き込み、光
を照射して、ファラディー回転の有無、またはカー効果
の有無によって画像を表示させることができる。また、
スピンカイラリティを有する固体材料を用いるから、画
素サイズが数Åのサイズであっても画素として機能させ
ることができる。
１〜請求項７のいずれかに記載の磁気光学素子を画素と
して用いることを特徴とする。この構成によれば、磁気
ヘッド、またはレーザー光によって画像を書き込み、光
を照射して、ファラディー回転の有無、またはカー効果
の有無によって画像を表示させることができる。また、
スピンカイラリティを有する固体材料を用いるから、画
素サイズが数Åのサイズであっても画素として機能させ
ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。本発明者らは、フント結合
により局在スピンと結合した伝導電子のトランスファー
積分が振幅と位相の自由度を持ち、位相がベクトルポテ
ンシャル、すなわちゲージフラックスを作り出し、ゲー
ジフラックスが巨大実効的磁場を作り出すことを見いだ
し、ゲージフラックスの作り出す巨大実効的磁場が消去
されないスピン配置と結晶構造を有する固体材料、すな
わちスピンカイラリティを有する固体材料を用いれば、
１万テスラに相当する巨大な実効的磁場を磁気光学効果
として利用し得ることを発明した。また、本発明者ら
は、スピンカイラリテイを示す固体材料において大きな
ＳＣ異常ホール効果（Ｓｐｉｎ Ｃｈｉｒａｌｉｔｙ異
常ホール効果と名付ける）を実測し、ゲージフラックス
の作り出す巨大実効的磁場を実証した。
施の形態を詳細に説明する。本発明者らは、フント結合
により局在スピンと結合した伝導電子のトランスファー
積分が振幅と位相の自由度を持ち、位相がベクトルポテ
ンシャル、すなわちゲージフラックスを作り出し、ゲー
ジフラックスが巨大実効的磁場を作り出すことを見いだ
し、ゲージフラックスの作り出す巨大実効的磁場が消去
されないスピン配置と結晶構造を有する固体材料、すな
わちスピンカイラリティを有する固体材料を用いれば、
１万テスラに相当する巨大な実効的磁場を磁気光学効果
として利用し得ることを発明した。また、本発明者ら
は、スピンカイラリテイを示す固体材料において大きな
ＳＣ異常ホール効果（Ｓｐｉｎ Ｃｈｉｒａｌｉｔｙ異
常ホール効果と名付ける）を実測し、ゲージフラックス
の作り出す巨大実効的磁場を実証した。
【００１１】次に、本発明のスピンカイラリティを用い
た磁気光学素子の動作原理を説明する。フント結合によ
り局在スピンと結合した伝導電子を考える。これは二重
交換相互作用と呼ばれている。i サイトからｊサイトに
伝導電子が移動する場合の電子移動の行列要素（トラン
スファー積分）は、
た磁気光学素子の動作原理を説明する。フント結合によ
り局在スピンと結合した伝導電子を考える。これは二重
交換相互作用と呼ばれている。i サイトからｊサイトに
伝導電子が移動する場合の電子移動の行列要素（トラン
スファー積分）は、
【数１】
となる。ここにθi 、θj 、φi 、φj はスピンの向きの
極座標成分である。このトランスファー積分は複素数で
あり振幅と位相の自由度をもつ。振幅に関しては、
極座標成分である。このトランスファー積分は複素数で
あり振幅と位相の自由度をもつ。振幅に関しては、
【数２】
と二つのスピンのなす角度θijによって決まり、運動エ
ネルギーの利得を最大にするために平行なスピン配置が
実現される。すなわち、 強磁性的な相互作用が働く。位
相はベクトルポテンシャル、すなわちゲージフラックス
φをつくりだす。このゲージフラックスφの作り出す実
効的磁場は幾何学的意味をもっている。いま、３個のス
ピンＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 の場合、 １→２→３→１とめぐる
伝導電子の感じる磁束Φは図１に示すように、丁度３個
のスピンの方向ベクトルｎ1 ，ｎ2，ｎ3 が単位球面上
でなす立体角Ωの半分となる。
ネルギーの利得を最大にするために平行なスピン配置が
実現される。すなわち、 強磁性的な相互作用が働く。位
相はベクトルポテンシャル、すなわちゲージフラックス
φをつくりだす。このゲージフラックスφの作り出す実
効的磁場は幾何学的意味をもっている。いま、３個のス
ピンＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 の場合、 １→２→３→１とめぐる
伝導電子の感じる磁束Φは図１に示すように、丁度３個
のスピンの方向ベクトルｎ1 ，ｎ2，ｎ3 が単位球面上
でなす立体角Ωの半分となる。
【００１２】
【数３】
【００１３】このことは、例えば結晶の格子定数を４Å
とした場合、（４Å）2 の面積に単位量子磁子の磁束を
貫くことができることを意味している。これは１万テス
ラ（ｗｂ／ｍ2)の磁場に相当し、実験室規模で定常的に
実現できる数テスラとは桁違いの巨大磁場下における電
子状態の効果をみることになる。しかしこの実効的磁場
は、結晶格子のユニットセルで平均すると消えてしまう
不均一な分布となる。
とした場合、（４Å）2 の面積に単位量子磁子の磁束を
貫くことができることを意味している。これは１万テス
ラ（ｗｂ／ｍ2)の磁場に相当し、実験室規模で定常的に
実現できる数テスラとは桁違いの巨大磁場下における電
子状態の効果をみることになる。しかしこの実効的磁場
は、結晶格子のユニットセルで平均すると消えてしまう
不均一な分布となる。
【００１４】この不均一な磁場が消えずに残る格子配置
が存在する。その一例はカゴメ格子である。カゴメ格子
を図２に示す。図２（ａ）に示すように、カゴメ格子の
各格子点には、スピンＳA ，ＳB ，Ｓc が格子面に垂直
な方向と角θを成して存在し、伝導電子のスピンはその
スピンの方向を向いている。この場合のゲージフラック
スφの分布は図２（ｂ）に示すようになる。点線で囲ん
だ内部が単位胞であり、その中でゲージフラックスφを
平均すると確かにゼロになっている。しかし、いま単位
胞に３個の原子Ａ，Ｂ，Ｃが含まれている場合を考える
と、それに応じた３本のバンドが発生する。それぞれの
バンドは＋と−のゲージフラックスφを異なった重みで
感じる。これがＳＣ異常ホール効果を発生させるのであ
る。この３本のバンドのバンド分散をタイトバインディ
ング模型で計算した例を図３に示した。これらのバンド
分散はゲージフラックスφ依存性を示し、図３において
は、φ＝０（図３（ａ））、φ＝π／３（図３（ｂ））
の場合のバンド分散を示している。このバンド分散図で
バンド交差が発生することが本質的である（φ＝０）。
このバンド交差部で量子化したホール伝導度が生じる。
が存在する。その一例はカゴメ格子である。カゴメ格子
を図２に示す。図２（ａ）に示すように、カゴメ格子の
各格子点には、スピンＳA ，ＳB ，Ｓc が格子面に垂直
な方向と角θを成して存在し、伝導電子のスピンはその
スピンの方向を向いている。この場合のゲージフラック
スφの分布は図２（ｂ）に示すようになる。点線で囲ん
だ内部が単位胞であり、その中でゲージフラックスφを
平均すると確かにゼロになっている。しかし、いま単位
胞に３個の原子Ａ，Ｂ，Ｃが含まれている場合を考える
と、それに応じた３本のバンドが発生する。それぞれの
バンドは＋と−のゲージフラックスφを異なった重みで
感じる。これがＳＣ異常ホール効果を発生させるのであ
る。この３本のバンドのバンド分散をタイトバインディ
ング模型で計算した例を図３に示した。これらのバンド
分散はゲージフラックスφ依存性を示し、図３において
は、φ＝０（図３（ａ））、φ＝π／３（図３（ｂ））
の場合のバンド分散を示している。このバンド分散図で
バンド交差が発生することが本質的である（φ＝０）。
このバンド交差部で量子化したホール伝導度が生じる。
【００１５】カゴメ格子におけるホール伝導度の非対角
成分σxyは線形応答理論（久保公式）、
成分σxyは線形応答理論（久保公式）、
【数４】
からもとめられ、フェルミオンの電流密度
【数５】
が得られる。これはホール伝導度
【数６】
が発生することを示している。このように質量がすこし
でも存在すれば量子化したホール伝導度が得られ、しか
も質量の符号に応じてその符号も変わる。
でも存在すれば量子化したホール伝導度が得られ、しか
も質量の符号に応じてその符号も変わる。
【００１６】すなわち、φ＝0 においてバンド交差点、
Ｋ1 （ｋx 、ｋy ）＝（２π／３，０）、Ｋ2 （ｋx 、
ｋy ）＝（π／３，√３π／３）、およびこれらと等価
なＫ点のところに磁気単極子が存在している。即ちスピ
ンカイラリテイがある場合にはバンド交差点がトポロジ
カルな特異点（磁気単極子）として働き、それをホール
伝導度として観察することになるのである。
Ｋ1 （ｋx 、ｋy ）＝（２π／３，０）、Ｋ2 （ｋx 、
ｋy ）＝（π／３，√３π／３）、およびこれらと等価
なＫ点のところに磁気単極子が存在している。即ちスピ
ンカイラリテイがある場合にはバンド交差点がトポロジ
カルな特異点（磁気単極子）として働き、それをホール
伝導度として観察することになるのである。
【００１７】このように、バンド交差点の存在が、前述
した結晶の格子定数を４Åとして（４Å）2 の面積に単
位量子磁子の磁束を貫くことができるとした根拠であ
る。このことから、1 万テスラ（ｗｂ／ｍ2 ）の磁場に
相当する電子状態の効果をみることがスピンカイラリテ
イが存在する場合には可能になるのである。磁性体中の
バンド構造によって、固体の磁性的な振る舞いは非自明
な性質を持つということを示している。ＳＣ異常ホール
効果伝導度σxyは、
した結晶の格子定数を４Åとして（４Å）2 の面積に単
位量子磁子の磁束を貫くことができるとした根拠であ
る。このことから、1 万テスラ（ｗｂ／ｍ2 ）の磁場に
相当する電子状態の効果をみることがスピンカイラリテ
イが存在する場合には可能になるのである。磁性体中の
バンド構造によって、固体の磁性的な振る舞いは非自明
な性質を持つということを示している。ＳＣ異常ホール
効果伝導度σxyは、
【数７】
となる。このσxyの値は二次元の場合であるが、三次元
では４Åで割って、
では４Åで割って、
【数８】
程度の大きさになる。
【００１８】従来の異常ホール効果はＫａｒｐｌｕｓ−
Ｌｕｔｔｉｎｇｅｒ（Ｒ．Ｋａｒｐｕｓ ａｎｄ Ｊ．
Ｍ．Ｌｕｔｔｉｎｇｅｒ，Ｐｈｓ．Ｒｅｖ．９５，１１
５４（１９５４））型効果と呼ばれている現象に基づく
ものであり、この効果はスピン軌道相互作用に関する摂
動の一次の効果である。本発明のＳＣ異常ホール効果は
スピン軌道相互作用ではなく、非摂動論的効果であり、
本質的には位相幾何学的な現象であり、従来の異常ホー
ル効果とは発生機構が異なる。すなわち、ＳＣ異常ホー
ル効果は極めて特異的な構造、すなわちスピンカイラリ
テイ構造において実現する異常ホール効果であり、従来
見出されてきたＫ−Ｌ−型異常ホール効果に基づく異常
ホール効果とは全く異なるものである。
Ｌｕｔｔｉｎｇｅｒ（Ｒ．Ｋａｒｐｕｓ ａｎｄ Ｊ．
Ｍ．Ｌｕｔｔｉｎｇｅｒ，Ｐｈｓ．Ｒｅｖ．９５，１１
５４（１９５４））型効果と呼ばれている現象に基づく
ものであり、この効果はスピン軌道相互作用に関する摂
動の一次の効果である。本発明のＳＣ異常ホール効果は
スピン軌道相互作用ではなく、非摂動論的効果であり、
本質的には位相幾何学的な現象であり、従来の異常ホー
ル効果とは発生機構が異なる。すなわち、ＳＣ異常ホー
ル効果は極めて特異的な構造、すなわちスピンカイラリ
テイ構造において実現する異常ホール効果であり、従来
見出されてきたＫ−Ｌ−型異常ホール効果に基づく異常
ホール効果とは全く異なるものである。
【００１９】このように、ＳＣ異常ホール効果を引き起
こすには、スピンカイラリテイが存２するスピンの幾何
学的配置を実現すればよく、すなわち、スピンの配置と
結晶構造において実効的磁場が発生するような幾何学的
配置をもった固体材料を使えばよい。そのためには、ス
ピン構造が平面からはずれたスピン配置（Non-coplanar
配置）を有する固体材料を選択することが重要である。
この現象を実現する材料はパイオロクロア型酸化物が代
表的固体材料である。何故なら、この結晶格子を（１，
１，１）方向から見ると、上記に説明したカゴメ格子の
３次元系への拡張とみなせるからである。詳細な説明は
実施例で説明するが、実際にこの固体材料系でＳＣ異常
ホール効果が実現しているのである。また、スピネル化
合物においてもこのようなスピンカイラリテイをもつ。
こすには、スピンカイラリテイが存２するスピンの幾何
学的配置を実現すればよく、すなわち、スピンの配置と
結晶構造において実効的磁場が発生するような幾何学的
配置をもった固体材料を使えばよい。そのためには、ス
ピン構造が平面からはずれたスピン配置（Non-coplanar
配置）を有する固体材料を選択することが重要である。
この現象を実現する材料はパイオロクロア型酸化物が代
表的固体材料である。何故なら、この結晶格子を（１，
１，１）方向から見ると、上記に説明したカゴメ格子の
３次元系への拡張とみなせるからである。詳細な説明は
実施例で説明するが、実際にこの固体材料系でＳＣ異常
ホール効果が実現しているのである。また、スピネル化
合物においてもこのようなスピンカイラリテイをもつ。
【００２０】本発明の磁気光学素子は、上記に説明した
動作原理に基づいて巨大な実効的磁場を発生する固体材
料を用いるので、固体材料のサイズが格子サイズ、すな
わち数Åのサイズであっても磁気光学効果が検出可能で
あり、従って、本発明の磁気光学素子を用いたメモリ素
子は、サイズが格子サイズ、すなわち数Åのサイズであ
っても記憶素子として機能させることができる。
動作原理に基づいて巨大な実効的磁場を発生する固体材
料を用いるので、固体材料のサイズが格子サイズ、すな
わち数Åのサイズであっても磁気光学効果が検出可能で
あり、従って、本発明の磁気光学素子を用いたメモリ素
子は、サイズが格子サイズ、すなわち数Åのサイズであ
っても記憶素子として機能させることができる。
【００２１】次に実施例１を示す。パイロクロア型酸化
物であり、かつ、化学組成式がＡ2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、
Ａは希土類元素、Ｂは遷移金属）であらわされる固体材
料の一例であるＮｄ2 Ｍｏ 2 Ｏ7 においてＳＣ異常ホー
ル効果が得られたことを示す。パイロクロア型酸化物で
Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 型の結晶は、ＡサイトとＢサイトの二つの
副格子からなる幾何学的なフラストレイト構造を持つ。
ＡサイトはＢサイト構造から格子定数の半分ずれた位置
に位置する。おのおのの副格子は図４に示すように隅を
共用する四面体構造をもつ。図４は、Ｂ（Ｍｏ）サイト
のネットワークを示しており、●はＭｏ原子を示してい
る。このような磁気的サイトの結合は磁気的なフラスト
レーションをもち、スピングラス（ｓｐｉｎ−ｇｌａｓ
ｓ）のような状態をもっている。一方、Ａサイトは希土
類４ｆの磁気モーメントを有し、四面体の中心に容易化
磁区をもつ。
物であり、かつ、化学組成式がＡ2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、
Ａは希土類元素、Ｂは遷移金属）であらわされる固体材
料の一例であるＮｄ2 Ｍｏ 2 Ｏ7 においてＳＣ異常ホー
ル効果が得られたことを示す。パイロクロア型酸化物で
Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 型の結晶は、ＡサイトとＢサイトの二つの
副格子からなる幾何学的なフラストレイト構造を持つ。
ＡサイトはＢサイト構造から格子定数の半分ずれた位置
に位置する。おのおのの副格子は図４に示すように隅を
共用する四面体構造をもつ。図４は、Ｂ（Ｍｏ）サイト
のネットワークを示しており、●はＭｏ原子を示してい
る。このような磁気的サイトの結合は磁気的なフラスト
レーションをもち、スピングラス（ｓｐｉｎ−ｇｌａｓ
ｓ）のような状態をもっている。一方、Ａサイトは希土
類４ｆの磁気モーメントを有し、四面体の中心に容易化
磁区をもつ。
【００２２】図５（ａ）にＮｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 の磁化Ｍの
温度依存性を示す。キュリー温度８９Ｋ以下ではＭｏス
ピンの強磁性秩序にしたがい速やかに磁化は大きくな
り、４０Ｋから低温になるに従い、Ｎｄスピンモーメン
トがＭｏに対して反強磁性的に成長することから磁化は
急速に減少する。図５（ｂ）にホール伝導度σxyの測定
結果を示す。低温になるに従いσxyは急速に増加する。
Ｎｄモーメントは磁場Ｈに対する感受率が高く容易に反
応することから、磁場Ｈの強度の増大とともに磁化Ｍは
増大する。通常の強磁性体においては、低温になるに従
いσxyはゼロになる。
温度依存性を示す。キュリー温度８９Ｋ以下ではＭｏス
ピンの強磁性秩序にしたがい速やかに磁化は大きくな
り、４０Ｋから低温になるに従い、Ｎｄスピンモーメン
トがＭｏに対して反強磁性的に成長することから磁化は
急速に減少する。図５（ｂ）にホール伝導度σxyの測定
結果を示す。低温になるに従いσxyは急速に増加する。
Ｎｄモーメントは磁場Ｈに対する感受率が高く容易に反
応することから、磁場Ｈの強度の増大とともに磁化Ｍは
増大する。通常の強磁性体においては、低温になるに従
いσxyはゼロになる。
【００２３】図６に、第一ブリルアンゾーンを４０×４
０×４０メッシュの運動量空間に分割し、この運動量空
間で積分して求めた、Ｍｏスピンの傾き（Ｔｉｌｔｉｎ
ｇａｎｇｌｅ）に対するホール伝導度σxyの絶対零度に
おける計算結果を示す。尚、Ｈ‖（１００）、Ｈ‖（１
１１）はそれぞれ、印加磁場の方向がＮｄ2 Ｍｏ2Ｏ7
結晶の（１００）面、（１１１）面に平行なことを示
す。Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 におけるＭｏスピンの傾きは、中
性子散乱から４度であることを確認している。図６の挿
入図に、ホール伝導度σxyの磁場Ｈ依存性を実験で求め
た結果を示している。２Ｋにおける実験値と理論計算値
とを比較すると、実験から求めた０磁場でのσxyと理論
計算値のＭｏスピンの傾き４度付近でのσxyは良い一致
を示している。２Ｋでのホール伝導度σxyは磁場Ｈを印
加すると急速に減少する。これはスピンの傾きが小さく
なりスピンカイラリテイが小さくなることで説明でき
る。４０Ｋでのホール伝導度σxyは磁場依存性が小さ
く、磁気モーメントの温度揺らぎ効果は磁場では押さえ
ることができなくなることを示している。
０×４０メッシュの運動量空間に分割し、この運動量空
間で積分して求めた、Ｍｏスピンの傾き（Ｔｉｌｔｉｎ
ｇａｎｇｌｅ）に対するホール伝導度σxyの絶対零度に
おける計算結果を示す。尚、Ｈ‖（１００）、Ｈ‖（１
１１）はそれぞれ、印加磁場の方向がＮｄ2 Ｍｏ2Ｏ7
結晶の（１００）面、（１１１）面に平行なことを示
す。Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 におけるＭｏスピンの傾きは、中
性子散乱から４度であることを確認している。図６の挿
入図に、ホール伝導度σxyの磁場Ｈ依存性を実験で求め
た結果を示している。２Ｋにおける実験値と理論計算値
とを比較すると、実験から求めた０磁場でのσxyと理論
計算値のＭｏスピンの傾き４度付近でのσxyは良い一致
を示している。２Ｋでのホール伝導度σxyは磁場Ｈを印
加すると急速に減少する。これはスピンの傾きが小さく
なりスピンカイラリテイが小さくなることで説明でき
る。４０Ｋでのホール伝導度σxyは磁場依存性が小さ
く、磁気モーメントの温度揺らぎ効果は磁場では押さえ
ることができなくなることを示している。
【００２４】以上の実験データ、及び理論解析結果か
ら、パイロクロア型酸化物であり、かつ、化学組成式が
Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｂは遷移金
属）であらわされる固体材料の一例であるＮｄ2 Ｍｏ2
Ｏ7 においては、Ｍｏのスピンカイラリテイの発生によ
り、今までにない新しい現象、すなわち、ＳＣ異常ホー
ル効果が生じていることがわかる。Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 の
Ｍｏスピンの傾きが約４度であり、このときホール伝導
度σxyが約２0 Ω-1cm-1の値を示すことは、巨大な異常
ホール効果が生じていることを示しており、また、磁気
光学効果的にみれば、数Åサイズであっても、検出可能
な反射光のカー回転、また、透過光のファラデー回転が
得られることを示している。
ら、パイロクロア型酸化物であり、かつ、化学組成式が
Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｂは遷移金
属）であらわされる固体材料の一例であるＮｄ2 Ｍｏ2
Ｏ7 においては、Ｍｏのスピンカイラリテイの発生によ
り、今までにない新しい現象、すなわち、ＳＣ異常ホー
ル効果が生じていることがわかる。Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 の
Ｍｏスピンの傾きが約４度であり、このときホール伝導
度σxyが約２0 Ω-1cm-1の値を示すことは、巨大な異常
ホール効果が生じていることを示しており、また、磁気
光学効果的にみれば、数Åサイズであっても、検出可能
な反射光のカー回転、また、透過光のファラデー回転が
得られることを示している。
【００２５】次に、実施例２を示す。パイロクロア型酸
化物であり、かつ、化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）2 Ｂ2
Ｏ7（ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土類金属
元素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされる固体
材料の一例である（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ
7は、Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 と同様にＳＣ異常ホール効果を
示す。図７に、（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ7 にお
いて、成分比ｘが、ｘ＝０．１と、ｘ＝０の場合のホー
ル伝導度の温度依存性の測定結果を示す。なお、測定は
印加磁場Ｈ＝０．５Ｔで測定している。磁場Ｈに比例す
る正常ホール効果は小さく、無視できる。図７にみられ
るように、Ｓｍ原子をＣａ原子で置き換えると、ホール
伝導度の対角成分σxxは低温になるに従い３０％程度の
増加しか示さないが、ホール伝導度の非対角成分σ
xyは、Ｃａアンドープ試料と比較して８００％程度の増
大を示す。Ｃａ置換により引き起こされるσxyの急激な
増加の原因を明らかにするため、Ｓｍ原子を４ｆ電子の
存在しないＹと置き換えた場合のホール伝導度の測定結
果を示す。非磁性原子のＹのイオン半径はＳｍ3+のイオ
ン半径より小さいので、Ｙ原子は電子のバンド占有状態
に変化を引き起こさずに結晶格子歪みのみを引き起こ
す。この場合には、図にみられるように、σxxはＳｍの
場合と比較して幾分小さくなり、σxyはなんら異常を示
さない。このことは、Ｃａ原子の置換効果は格子歪に起
因するのではなく、４ｄ電子の不在によるホールドーピ
ングに起因していると考えられる。この効果はＭｏのサ
ブラテイスのスピンのネットワークに変調を与えるはず
であり、実際、（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ7 のＡ
Ｃ感受率の測定において低温になるに従い、周波数依存
が大きくなることが確認されている。このことは、強磁
性層の一部がスピングラス化することを示し、スピング
ラスの存在は、結局、Ｍｏスピンの傾きを増加させ、ス
ピンカイラリテイを強調させる。従って、Ｃａ置換によ
るσxyの急激な増加は、Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 と同様にＳＣ
異常ホール効果の発生によるものといえる。
化物であり、かつ、化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）2 Ｂ2
Ｏ7（ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土類金属
元素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされる固体
材料の一例である（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ
7は、Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 と同様にＳＣ異常ホール効果を
示す。図７に、（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ7 にお
いて、成分比ｘが、ｘ＝０．１と、ｘ＝０の場合のホー
ル伝導度の温度依存性の測定結果を示す。なお、測定は
印加磁場Ｈ＝０．５Ｔで測定している。磁場Ｈに比例す
る正常ホール効果は小さく、無視できる。図７にみられ
るように、Ｓｍ原子をＣａ原子で置き換えると、ホール
伝導度の対角成分σxxは低温になるに従い３０％程度の
増加しか示さないが、ホール伝導度の非対角成分σ
xyは、Ｃａアンドープ試料と比較して８００％程度の増
大を示す。Ｃａ置換により引き起こされるσxyの急激な
増加の原因を明らかにするため、Ｓｍ原子を４ｆ電子の
存在しないＹと置き換えた場合のホール伝導度の測定結
果を示す。非磁性原子のＹのイオン半径はＳｍ3+のイオ
ン半径より小さいので、Ｙ原子は電子のバンド占有状態
に変化を引き起こさずに結晶格子歪みのみを引き起こ
す。この場合には、図にみられるように、σxxはＳｍの
場合と比較して幾分小さくなり、σxyはなんら異常を示
さない。このことは、Ｃａ原子の置換効果は格子歪に起
因するのではなく、４ｄ電子の不在によるホールドーピ
ングに起因していると考えられる。この効果はＭｏのサ
ブラテイスのスピンのネットワークに変調を与えるはず
であり、実際、（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ7 のＡ
Ｃ感受率の測定において低温になるに従い、周波数依存
が大きくなることが確認されている。このことは、強磁
性層の一部がスピングラス化することを示し、スピング
ラスの存在は、結局、Ｍｏスピンの傾きを増加させ、ス
ピンカイラリテイを強調させる。従って、Ｃａ置換によ
るσxyの急激な増加は、Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 と同様にＳＣ
異常ホール効果の発生によるものといえる。
【００２６】実施例１において、パイロクロア型酸化物
であり、かつ、化学組成式が、Ａ2Ｂ2 Ｏ7 （ただし、
Ａは希土類元素、Ｂは遷移金属）であらわされる固体材
料の一例であるＮｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 においてスピンカイラ
リテイが存在しＳＣ異常ホール効果が観察されたことを
示した。また実施例２において、パイロクロア型酸化物
であり、かつ、化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）2 Ｂ2 Ｏ7
（ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土類金属元
素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされる固体材
料の一例である（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ7 は、
Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7と同様にスピンカイラリテイが存在し
ＳＣ異常ホール効果が観察されることを示した。このよ
うなスピンカイラリテイを示す幾何学的配置は、面心立
方型構造でＡＢ型の化合物においても可能である。また
ペロブスカイト型構造でＡＢＯ3 型の酸化物からなり、
かつ、超格子構造を有する場合にも可能である。
であり、かつ、化学組成式が、Ａ2Ｂ2 Ｏ7 （ただし、
Ａは希土類元素、Ｂは遷移金属）であらわされる固体材
料の一例であるＮｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 においてスピンカイラ
リテイが存在しＳＣ異常ホール効果が観察されたことを
示した。また実施例２において、パイロクロア型酸化物
であり、かつ、化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）2 Ｂ2 Ｏ7
（ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土類金属元
素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされる固体材
料の一例である（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ7 は、
Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7と同様にスピンカイラリテイが存在し
ＳＣ異常ホール効果が観察されることを示した。このよ
うなスピンカイラリテイを示す幾何学的配置は、面心立
方型構造でＡＢ型の化合物においても可能である。また
ペロブスカイト型構造でＡＢＯ3 型の酸化物からなり、
かつ、超格子構造を有する場合にも可能である。
【００２７】また、上記に説明した本発明の磁気光学素
子を用いれば、数テラビット／（インチ）2 以上の光磁
気デイスクが実現可能なことは明らかである。また、上
記に説明した本発明の磁気光学素子を用いれば、メモリ
素子を構成する磁性薄膜の磁化情報を、磁性薄膜に電流
と磁場を印加して生ずるホール電圧によって読み出すメ
モリ素子において、数テラビット／（インチ）2 以上の
メモリを実現できることは明らかである。さらに、上記
に説明した本発明の磁気光学素子を用いれば、磁気光学
素子を画素として用いる高分解能の画像表示装置が可能
であることは明らかである。
子を用いれば、数テラビット／（インチ）2 以上の光磁
気デイスクが実現可能なことは明らかである。また、上
記に説明した本発明の磁気光学素子を用いれば、メモリ
素子を構成する磁性薄膜の磁化情報を、磁性薄膜に電流
と磁場を印加して生ずるホール電圧によって読み出すメ
モリ素子において、数テラビット／（インチ）2 以上の
メモリを実現できることは明らかである。さらに、上記
に説明した本発明の磁気光学素子を用いれば、磁気光学
素子を画素として用いる高分解能の画像表示装置が可能
であることは明らかである。
【００２８】
【発明の効果】上記説明から理解されるように、本発明
によれば、磁気光学材料のサイズが格子サイズ、すなわ
ち数Åのサイズであっても磁気光学効果が検出可能な磁
気光学素子を実現することができる。また、本発明によ
れば、本発明の磁気光学素子を用いて、数テラビット／
（インチ）2 以上の光磁気ディスク及びメモリが実現で
き、また、高分解能の磁気光学画像表示装置を実現する
ことができる。すなわち、本発明によれば、スピン配置
と結晶構造が実効的磁場を発生する幾何学的配置をもっ
た固体材料、すなわちスピンカイラリティを持った固体
材料を用いた磁気光学素子であるので、従来にない巨大
磁気光学効果が得られる。スピンカイラリテイを持った
固体材料はパイロクロア型固体材料で実現できる。スピ
ネル構造を持った固体材料においても実現できる。また
面心立方格子でも可能である。ペロブスカイト構造を有
する固体材料においては超格子構造を形成することによ
って実現しうる。このように、本発明の磁気光学素子
は、種々の結晶構造を有する固体材料で実現可能であ
る。この巨大磁気光学効果は、低温下でのみおこる現象
ではなく特別な寒剤を必要としない常温においても起こ
り得る。常温で動作する固体材料を用いれば、産業上、
極めて大きなメリットをもたらす。また巨大磁気光学効
果であるため、極薄膜化が可能であり、半導体高集積プ
ロセスと組み合わせてテラビット領域の巨大なメモリデ
バイスを作製することが可能であり、将来の情報通信や
光コンピュータにふさわしい巨大メモリを提供すること
が可能になる。また、従来レベルの磁性材料のサイズに
おいては従来にない大きな磁気光学効果を生ずることか
ら、画素としての機能も十分にもっており、今までにな
い画像表示装置の素子としての応用も可能である。
によれば、磁気光学材料のサイズが格子サイズ、すなわ
ち数Åのサイズであっても磁気光学効果が検出可能な磁
気光学素子を実現することができる。また、本発明によ
れば、本発明の磁気光学素子を用いて、数テラビット／
（インチ）2 以上の光磁気ディスク及びメモリが実現で
き、また、高分解能の磁気光学画像表示装置を実現する
ことができる。すなわち、本発明によれば、スピン配置
と結晶構造が実効的磁場を発生する幾何学的配置をもっ
た固体材料、すなわちスピンカイラリティを持った固体
材料を用いた磁気光学素子であるので、従来にない巨大
磁気光学効果が得られる。スピンカイラリテイを持った
固体材料はパイロクロア型固体材料で実現できる。スピ
ネル構造を持った固体材料においても実現できる。また
面心立方格子でも可能である。ペロブスカイト構造を有
する固体材料においては超格子構造を形成することによ
って実現しうる。このように、本発明の磁気光学素子
は、種々の結晶構造を有する固体材料で実現可能であ
る。この巨大磁気光学効果は、低温下でのみおこる現象
ではなく特別な寒剤を必要としない常温においても起こ
り得る。常温で動作する固体材料を用いれば、産業上、
極めて大きなメリットをもたらす。また巨大磁気光学効
果であるため、極薄膜化が可能であり、半導体高集積プ
ロセスと組み合わせてテラビット領域の巨大なメモリデ
バイスを作製することが可能であり、将来の情報通信や
光コンピュータにふさわしい巨大メモリを提供すること
が可能になる。また、従来レベルの磁性材料のサイズに
おいては従来にない大きな磁気光学効果を生ずることか
ら、画素としての機能も十分にもっており、今までにな
い画像表示装置の素子としての応用も可能である。
【図１】スピンカイラリテイとゲージフラックスを示す
図である。
図である。
【図２】カゴメ格子上のスピン配置とゲージフラックス
の分布を示す図である。
の分布を示す図である。
【図３】カゴメ格子上のタイトバインデイング模型のバ
ンド分散を示す図であり、（ａ）はφ＝０、（ｂ）はφ
＝π／３の場合に対応する。
ンド分散を示す図であり、（ａ）はφ＝０、（ｂ）はφ
＝π／３の場合に対応する。
【図４】パイロクロア型酸化物Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 の結晶
構造と伝導電子の存在するＭｏ原子のネットワークを示
す図である。
構造と伝導電子の存在するＭｏ原子のネットワークを示
す図である。
【図５】パイロクロア型酸化物Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 のホー
ル伝導度、磁化率及び中性子回折の温度依存性の測定結
果を示す図である。
ル伝導度、磁化率及び中性子回折の温度依存性の測定結
果を示す図である。
【図６】パイロクロア型酸化物Ｎｄ2 Ｍｏ2 Ｏ7 のホー
ル伝導度の理論計算結果及び磁場依存性の測定結果を示
す図である。
ル伝導度の理論計算結果及び磁場依存性の測定結果を示
す図である。
【図７】（Ｓｍ0.9 Ｃａ0.1 ）2 Ｍｏ2 Ｏ7 のホール伝
導度の温度依存性の測定結果を示す図である。
導度の温度依存性の測定結果を示す図である。
フロントページの続き
(72)発明者 十倉 好紀
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人産業技術総合研究所つくばセンター内
(72)発明者 永長 直人
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人産業技術総合研究所つくばセンター内
Ｆターム(参考） 2H079 AA03 BA02 CA21 DA13
5D075 EE03 FF01 FF06
Claims (10)
- 【請求項１】 スピンカイラリティに基づいた実効的磁
場を利用することを特徴とする、スピンカイラリティを
用いた磁気光学素子。 - 【請求項２】 前記スピンカイラリティは、固体材料の
スピン配置と結晶構造との幾何学的配置によって形成さ
れることを特徴とする、請求項１に記載のスピンカイラ
リティを用いた磁気光学素子。 - 【請求項３】 前記スピンカイラリティに基づいて実効
的磁場を発生する固体材料は、パイロクロア型酸化物で
あり、かつ、化学組成式がＡ2 Ｂ2 Ｏ7 （ただし、Ａは
希土類元素、Ｂは遷移金属）であらわされることを特徴
とする、請求項１または２に記載のスピンカイラリティ
を用いた磁気光学素子。 - 【請求項４】 前記スピンカイラリティに基づいて実効
的磁場を発生する固体材料は、パイロクロア型酸化物で
あり、かつ、化学組成式が（Ａ1-x Ｃx ）2Ｂ2 Ｏ
7 （ただし、Ａは希土類元素、Ｃはアルカリ土類金属元
素、Ｂは遷移金属、０＜ｘ＜１）であらわされることを
特徴とする、請求項１または２に記載スピンカイラリテ
ィを用いた磁気光学素子。 - 【請求項５】 前記スピンカイラリティに基づいて実効
的磁場を発生する固体材料は、スピネル型結晶構造を有
し、かつ、化学組成式がＡＢ2 Ｘ4 （ただし、Ａおよび
Ｂは金属元素であり、Ｘは酸素、イオウ、セレンまたは
テルル）であらわされることを特徴とする、請求項１ま
たは２に記載スピンカイラリティを用いた磁気光学素
子。 - 【請求項６】 前記スピンカイラリティに基づいて実効
的磁場を発生する固体材料は、面心立方型結晶構造を有
し、かつ、化学組成式がＡＢ（ただし、Ａは金属元素で
あり、Ｂは酸素、イオウ、セレンまたはテルル）であら
わされることを特徴とする、請求項１または２に記載の
スピンカイラリティを用いた磁気光学素子。 - 【請求項７】 前記スピンカイラリティに基づいて実効
的磁場を発生する固体材料は、ペロブスカイト型結晶構
造を有し、化学組成式がＡＢＯ3 （ただし、Ａはアルカ
リ土類金属元素、または希土類元素、Ｂは遷移金属元
素）であらわされ、かつ、超格子構造を有することを特
徴とする、請求項１または２に記載のスピンカイラリテ
ィを用いた磁気光学素子。 - 【請求項８】 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の
磁気光学素子を光磁気デイスクの磁気光学素子として用
いることを特徴とする、光磁気ディスク。 - 【請求項９】 メモリ素子を構成する磁性薄膜の磁化情
報を、磁性薄膜に電流と磁場を印加して生ずるホール電
圧によって読み出すメモリ素子において、請求項１〜請
求項７のいずれかに記載の磁気光学素子を上記磁性薄膜
として用いることを特徴とする、メモリ素子。 - 【請求項１０】 請求項１〜請求項７のいずれかに記載
の磁気光学素子を画素として用いることを特徴とする、
画像表示装置。
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